(57)【要約】【課題】  低周波信号と高周波信号のそれぞれの減衰量に差が生じないケーブルを提供する。【解決手段】  内部導体２と、外部導体６とを備えたケーブル１において、内部導体２は、中心導体２１と、その中心導体２１の外周に形成され、互いに異なる導電率を有する複数層の導体２２〜２４とで構成され、これら各導体２２〜２４の導電率が内側の導体２１〜２３より高いものである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部導体と、外部導体とを備えたケーブルにおいて、前記内部導体は、中心導体と、その中心導体の外周に形成され、互いに異なる導電率を有する複数層の導体とで構成され、これら各導体の導電率が内側の導体より高いことを特徴とするケーブル。
【請求項２】
前記内部導体は、前記中心導体となる金属線の外周にメッキ、塗布、圧接等を施して形成される請求項１記載のケーブル。
【請求項３】
内部導体と、外部導体とを備えたケーブルにおいて、前記内部導体は、絶縁体と、その絶縁体の外周に形成される導体とで構成されることを特徴とするケーブル。
【請求項４】
内部導体と、外部導体とを備えたケーブルにおいて、前記内部導体は、絶縁体と、その絶縁体の外周に形成され、互いに異なる導電率を有する複数層の導体とで構成され、これら各導体の導電率が内側の導体より高いことを特徴とするケーブル。
【請求項５】
前記内部導体は、前記絶縁体の外周にメッキ、塗布、圧接等を施して形成される請求項３または４記載のケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部導体と、外部導体とを備えたケーブルに係り、特に、信号を安定して長距離伝送するケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号を高速で伝送するケーブルとしては、図５に示すようなメタル通信ケーブル５１がある。メタル通信ケーブル５１は、差動伝送方式で信号を伝送するための対の信号線となる２本並列の内部導体５２ａ，５２ｂの外周に、絶縁体（誘電体）５３をそれぞれ被覆して２本並列のコア５４ａ，５４ｂを形成し、これらコア５４ａ，５４ｂと、ドレイン線（シールド線）５５とを外部導体としてのシールド層５６で覆ったものである。ドレイン線５５とシールド層５６とはＧＮＤ線としても使用される。内部導体５２ａ，５２ｂの外周には、導電率が高いＡｇがメッキされる。
【０００３】
また、このようなメタル通信ケーブルとしては、シールド層５６が存在しないアンシールドタイプのケーブルもある。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６７３４１号公報
【特許文献２】実開平６−１３０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般にメタル通信ケーブルでは、表皮効果により、伝送する信号が高周波になるほど、電流信号が内部導体（信号線）の表面のみを集中して流れるようになる。よって、伝送信号が高周波になるほど内部導体抵抗が高くなるので、信号の減衰量が増加するという問題がある。
【０００７】
より詳細に言えば、メタル通信ケーブル５１は、図６（ａ）に示すように信号線となる内部導体５２を単一の導体で構成しているので、高周波信号の電流分布は、図６（ｂ）に示すように、内部導体５２の表層部で密度が高くなり、内部導体５２の中心部で密度が低くなる。一方、低周波信号の電流分布は、図６（ｃ）に示すように、内部導体５２内でほぼ均一になる。
【０００８】
また、図７に示すように、ケーブル５１の伝送信号の周波数と減衰量との相関を測定したところ、低周波成分よりも、高周波成分の方が単位長さ毎の信号の減衰量が大きいことがわかった。
【０００９】
そのため、ケーブル５１に、高周波成分および低周波成分を含むランダムのロジック信号を伝送した場合、低周波成分が大きい幅の広いパルスに比べて、高周波成分を主成分とする幅の狭いパルスの減衰量が大きくなり、トータルの伝送特性は、ケーブル５１自体がもつ減衰量以上に劣化するという問題がある。
【００１０】
より詳細に言えば、ケーブル５１にランダムのロジック信号を伝送した場合、図８に示すようなアイパターンが測定できるので、このアイパターンの開口率（信号波形の目の開き具合）によってケーブルの伝送特性（デジタル信号波形の波形品質）を評価することが広く行われている。アイパターン開口率が大きいと、信号識別が確かになり、伝送エラーの発生頻度が低くなる。
【００１１】
図８に示すように、ケーブル長さが延長されるに伴い、アイハイトが低くなって伝送特性が劣化していることがわかる。ただし、図８では、各アイパターンにおいて、横軸を時間にとり、縦軸をアイパターン開口率の指標となるアイハイト（ｍＶ）にとっている。アイハイトはアイパターンの最小振幅である。
【００１２】
また、図９に示すように、ケーブル５１において、測定した実信号の伝送特性（アイハイト）（図９では菱形プロットの実線）と、ケーブル減衰量からの理論値（図９では黒菱形プロットの実線）とを比較した。これにより、低周波信号と高周波信号の減衰量のアンバランス性により、実信号の伝送特性は、低周波信号と高周波信号の減衰量を均等として算出した理論値よりも悪化していることがわかった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、低周波信号と高周波信号のそれぞれの減衰量に差が生じないケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、内部導体と、外部導体とを備えたケーブルにおいて、前記内部導体は、中心導体と、その中心導体の外周に形成され、互いに異なる導電率を有する複数層の導体とで構成され、これら各導体の導電率が内側の導体より高いケーブルである。
【００１５】
請求項２の発明は、前記内部導体は、前記中心導体となる金属線の外周にメッキ、塗布、圧接等を施して形成される請求項１記載のケーブルである。
【００１６】
請求項３の発明は、内部導体と、外部導体とを備えたケーブルにおいて、前記内部導体は、絶縁体と、その絶縁体の外周に形成される導体とで構成されるケーブルである。
【００１７】
請求項４の発明は、内部導体と、外部導体とを備えたケーブルにおいて、前記内部導体は、絶縁体と、その絶縁体の外周に形成され、互いに異なる導電率を有する複数層の導体とで構成され、これら各導体の導電率が内側の導体より高いケーブルである。
【００１８】
請求項５の発明は、前記内部導体は、前記絶縁体の外周にメッキ、塗布、圧接等を施して形成される請求項３または４記載のケーブルである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ランダムのデジタル信号の伝送特性が向上し、信号の伝送距離を延長でき、ケーブルを細径化できるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本発明の好適実施の形態を示すケーブルの横断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態に係るケーブル１は、主に周波数がＧＨｚ領域の高周波信号（デジタル信号あるいはアナログ信号）を高速で通信するメタル通信ケーブルとして使用される。
【００２３】
このケーブル１は、差動伝送方式で信号を伝送するための対の信号線となる２本並列の内部導体２ａ，２ｂの外周に、絶縁体（誘電体）３をそれぞれ被覆して２本並列のコア４ａ，４ｂを形成し、これらコア４ａ，４ｂと、ドレイン線（シールド線）５とを外部導体としてのシールド層６で覆ったものである。ドレイン線５とシールド層６とはＧＮＤ線としても使用される。詳細は図示していないが、シールド層６の外周をさらにジャケットで被覆してもよい。
【００２４】
各内部導体２ａ，２ｂは、中心に配置され、単一の金属からなる中心導体２１と、中心導体２１の外周に中心導体２１とはそれぞれ異なる導電率を有する金属で形成され、かつ互いに異なる導電率を有する３層の導体２２〜２４とで構成される。すなわち、内部導体２は単一の導体ではなく、４種類の異種導体２１〜２４からなる４層の複合金属で構成される。
【００２５】
より詳細には、図２（ａ）に示すように、内部導体２は、導電率Ｄを有する中心導体２１の外周に導電率Ｃ（＞導電率Ｄ）を有する導体２２が形成され、その導体２２の外周に導電率Ｂ（＞導電率Ｃ）を有する導体２３が形成され、その導体２３の外周に導電率Ａ（＞導電率）を有する導体２４が形成されて構成される。すなわち、各導体２２〜２４の導電率は、すぐ内側の導体２１〜２３の導電率よりもそれぞれ高い（導電率Ａ＞導電率Ｂ＞導電率Ｃ＞導電率Ｄ）。
【００２６】
本実施の形態では、各導体２２〜２４の厚さは、ほぼ同じ厚さになるようにした。また、中心導体２１の外周に３層の導体２２〜２４を形成した例で説明するが、中心導体２１の外周に形成される導体は、２層以上の複数層であればよい。
【００２７】
内部導体２の構成、すなわち各導体２１〜２４の厚さ（導体２１は外径）と、各導体２１〜２４の導電率とは、ケーブル１を伝送する信号の種類に応じて決定される。
【００２８】
導体を流れる電流は主に、各周波数に対応した導体表面から表皮厚δの深さまでの領域を流れる。よって高周波の信号になるほど導体表面部のみを電流が流れるようになるため、導体抵抗は増加する傾向にある。
【００２９】
ここで、導体の固有抵抗値をρ（Ω／ｃｍ）、導体を流れる信号の周波数をｆ、真空の透磁率をμ0 、導体の比透磁率をμr とすると、表皮厚δは下式で表される。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
例として、８Ｂ１０Ｂエンコーディングされたデジタル信号を伝送する場合、最高周波パルス（１Ｂｉｔ長相当、周波数ｆ）と、最低周波パルス（８Ｂｉｔ連続長相当、周波数ｆ×８）との間の各長さ毎のパルス長に相当する主な周波数成分に対して、その導体抵抗がほぼ同等となるように、式（１）に従い各導体２１〜２４の厚さ（導体２１は外径）と、各導体２１〜２４の導電率Ｄ，Ｃ，Ｂ，Ａとを決定する。
【００３２】
上述したように、パルス幅の種類が１〜８Ｂｉｔに限定される場合は、８層で構成される内部導体を用いることが望ましいが、任意の数層で構成される内部導体の各導体（本実施の形態では、４層で構成される内部導体２の各導体２１〜２４）において、最大Ｂｉｔ長の信号の減衰量と、最小Ｂｉｔ長の信号の減衰量とを近づけるようにしてもよい。
【００３３】
以上、８Ｂ１０Ｂエンコードされた信号について述べたが、他の任意の規格による信号を伝送する場合についても、同様の考え方を基に内部導体の構成を決定できる。
【００３４】
中心導体２１および各導体２２〜２４の材質としては、例えば、中心導体２１としてＦｅなどのＦｅ系金属、導体２２としてはＡｌ、導体２３としてＣｕ、導体２４としてＡｇを使用する。この他にも、ステンレス、硬銅、軟銅、純銅、Ｃｕ合金、Ｓｎメッキ軟銅、銀メッキＣｕ合金などを適宜組み合わせて使用してもよい。
【００３５】
また、内部導体２は、例えば、中心導体となる金属線の外周に、上述した金属をメッキあるいはスパッタリング、上述した金属を含む金属塗料を塗布、上述した金属からなる金属板を縦添えして圧接、あるいは縦添え後に突き合わせ部を溶接したり、縦添え後に圧延ロール加工を施したりして形成される。
【００３６】
本実施の形態の作用を説明する。
【００３７】
ケーブル１の各内部導体２（２ａ，２ｂ）は、中心導体２１と、３層の導体２２〜２４とで構成され、各導体２２〜２４の導電率がすぐ内側の導体２１〜２３よりも高いので、高周波（成分）信号の電流分布は、図２（ｂ）に示すように、内部導体２の横断面において、表皮効果により内部導体２の表層部で密度が高くなり、内部導体２の中心部で密度が低くなる。一方、低周波（成分）信号の電流分布は、図２（ｃ）に示すように、内部導体２の横断面において、内部導体２の表層部で密度が高くなり、内部導体２の中心部で密度が低くなる。
【００３８】
したがって、ケーブル１は、信号の周波数にかかわらず、低周波信号も高周波信号と同様に内部導体２の表面近傍に集中させることができる。つまり、ケーブル１は、低周波信号と高周波信号の電流分布がほぼ同じになるので、電流信号の導体損失も周波数によらず、ほぼ同じになる。すなわち、ケーブル１は、信号の波形がひずみにくいので、波形成形機能を有するケーブルであると言える。
【００３９】
これにより、ケーブル１を信号が長距離伝搬しても、低周波信号と低周波信号の減衰量の差が極めて少なくなり、ほぼ同等になるので、高周波成分および低周波成分を含むランダムのデジタル信号の伝送特性が向上し、信号の伝送距離を延長できる。
【００４０】
また、ケーブル１は、内部導体２の最外層である導体２４の導電率が最も高いので、従来のように高周波信号の減衰量を低下させるために内部導体を太くする必要がなく、ケーブル１を細径化できる。
【００４１】
第２の実施の形態を説明する。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、図１および図２（ａ）の内部導体２（２ａ，２ｂ）の代わりに、中心に配置される絶縁体３２の外周に、単層の導体３３を形成して構成される内部導体３１を使用してもよい。
【００４３】
この内部導体３１は、例えば、絶縁体３２の外周に、上述した金属をメッキあるいはスパッタリング、上述した金属を含む金属塗料を塗布、上述した金属からなる金属板を縦添えして圧接、あるいは縦添え後に突き合わせ部を溶接したり、縦添え後に圧延ロール加工を施したりして形成される。
【００４４】
内部導体３１では、高周波信号は、図３（ｂ）に示すように、内部導体３１の横断面において、内部導体３１の表層部（導体３３）のみに分布する。一方、低周波信号も、図３（ｃ）に示すように、内部導体３１の横断面において、内部導体３１の表層部のみに分布する。したがって、内部導体２の代わりに内部導体３１を使用しても、図１のケーブル１と同じ作用効果が得られる。また、内部導体３１は、中心に絶縁体３２が配置されているので、強度が十分に高い。
【００４５】
この内部導体３１の単層の導体３３の代わりに、互いに異なる導電率を有する複数層の導体を使用しても、図１のケーブル１と同じ作用効果が得られる。この場合、各導体の導電率は、すぐ内側の導体の導電率よりもそれぞれ高くなるようにする。
【００４６】
ここで、本実施の形態に係るケーブルおよび背景技術のケーブルの伝送特性（アイパターン開口率）を測定した結果を図４に示す。
【００４７】
実施例１は、内部導体２を使用した図１のケーブル１であり、実施例２は、内部導体２の代わりに図３（ａ）の内部導体３１を使用したケーブルであり、従来例は、単一の導体からなる内部導体を使用した図５のケーブル５１である。伝送特性の評価は、ケーブル長さが１０ｍの各ケーブルに、最大振幅が１０００ｍＶのランダムのロジック信号を伝送してアイパターンを測定し、そのアイパターンからアイハイト（ｍＶ）を求めて行った。図４では、各アイパターンにおいて、横軸を時間にとり、縦軸をアイパターン開口率の指標となるアイハイト（ｍＶ）にとっている。アイハイトはアイパターンの最小振幅である。
【００４８】
図４に示すように、実施例１のケーブル１は、アイハイトが３０２ｍＶと高く、従来例のケーブルに比べて２５％程度も伝送特性を改善できた。また、実施例２のケーブル１も、アイハイトが２６０ｍＶと高く、従来例のケーブルに比べて１５％程度も伝送特性を改善できた。
【００４９】
上記実施の形態では、ケーブル１として、２本並列の内部導体２ａ，２ｂを備えたメタル通信ケーブルの例で説明したが、本発明は、外部導体と内部導体とを備えたケーブルであれば、いかなるケーブルにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すケーブルの横断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示した内部導体の横断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の高周波信号電流分布図、図２（ｃ）は図２（ａ）の低周波信号電流分布図である。
【図３】図３（ａ）は第２の実施の形態における内部導体の横断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の高周波信号電流分布図、図３（ｃ）は図３（ａ）の低周波信号電流分布図である。
【図４】本実施の形態に係るケーブルおよび背景技術のケーブルの伝送特性（アイパターン開口率）を示す図である。
【図５】背景技術のメタル通信ケーブルの横断面図である。
【図６】図６（ａ）は図５に示した内部導体の横断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の高周波信号電流分布図、図６（ｃ）は図６（ａ）の低周波信号電流分布図である。
【図７】図５に示したケーブルおける伝送信号の周波数と減衰量との相関を示す図である。
【図８】図５に示したケーブルの伝送特性（アイパターン開口率）を示す図である。
【図９】図５に示したケーブルにおける実信号の伝送特性（アイハイト）およびケーブル減衰量からの理論値を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ケーブル
２  内部導体
５  シールド層（外部導体）
２１  中心導体
２２〜２４  導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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